DK163700B - Fremgangsmaade og apparat til maaling af styrken af et hoejfrekvent signal, der paavirkes af rayleigh fading. - Google Patents

Description

-1- DK 163700 B

Den foreliggende opfindelse angår måling af styrken af et højfrekvent signal, som er udsat for hurtig og kraftig fading, såsom eksempelvis Rayleigh-fading.

Man har hidtil bestemt styrken af højfrekvente signaler 5 som gennemsnittet af et antal aftastninger foretaget enten med et analogt meter eller med en analog-digitalomsætter. Den resulterende signalstyrke er rimeligt nøjagtig så længe højfrekvenssignalet ikke er udsat for hurtig og kraftig fading.

Hvis imidlertid højfrekvenssignalet er udsat for hurtig og 10 kraftig fading og det kun aftastes få gange, vil en aftastning, der er foretaget under et kraftigt fald medføre en stor fejl i den beregnede gennemsnitsværdi for signalstyrken. Virkningen af en sådan aftastning under et kraftigt fald kan afhjælpes ved at antallet af aftastninger og aftastningsperioden øges væsent-15 ligt. I radiosystemer hvor det er nødvendigt hurtigt at måle signalstyrken af mange forskellige høtøfrekvenssignaler, der er udsat for Rayleigh fading, er dette imidlertid ikke muligt.

Formålet med opfindelsen er at anvise en fremgangsmåde og et apparat som gør det muligt på forholdsvis kort tid at måle 20 styrken af et højfrekvenssignal, der er udsat for hurtig og kraftig fading, med stor nøjagtighed.

Det er også et formål med opfindelsen at muliggøre nøjagtig måling af flere sådanne signaler, der modtages af flere antenner.

25 Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i krav 1 anviste fremgangsmåde, henholdsvis det i krav 6 anviste apparat.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig.l viser et blokdiagram for et radiokommunikations-30 system, fig.2 et blokdiagram for en aftastende modtager med et signalstyrkemålende apparat ifølge opfindelsen, fig.3 en grafisk repræsentation af et højfrekvenssignal der er udsat for Rayleigh fading, og 35 fig.4 et rutediagram som anskueliggør fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Fig.l viser et celledelt radiotelefonkommunikationssystem af den type, der kendes fra eksempelvis US patent 3.663.762, US patent 3.9o6.l66, og en systembeskrivelse "Motorola DYNATAC Cellular Radiotelephone Systems" udgivet af Motorola Inc.,

- 2 - DK 163700 B

Schaumburg^ Illinois,USA i 1982. Sådanne celledelte systemer kan give telefondækning åor såvel mobile som bærbare radiotelefoner, der er spredt over et stort geografisk område. De bærbare radiotelefoner kan eksempelvis være af den type, der 5 kendes fra US patent 3.962.553 og US patent 3*9o6.166, medens de mobile radiotelefoner kan være af den type, der kendes fra Motorola instruction manual nummer 68P8lo39^25 udgivet af Motorola Service Publications, Schaumburg, Illinois, USA 1979·

Det geografiske område kan være opdelt i celler lo,2o og 3o, 10 som hver indeholder en basisstation 111,121 henholdsvis 131 og en tilhørende basiskontrol 112,122 henholdsvis 132. Basis-kontrollerne er med data- og teleforbindelser forbundet til en radiotelefonstyre terminal 14o, der kan være udformet som kendt fra US patenterne 3*663.762, 3*764*915, 3*819*872, 3*9o6.166 15 og 4*268*722. Data- og teleforbindelserne kan udgøres af faste telefonforbindelser, impulskodemodulerede bærebølgeforbindelser, mikrobølgeradiokanaler eller andre passende kommunikationsforbindelser. Styreterminalen 14o er endvidere forbundet til en konventionel telefoncental 15o,således at der kan 20 etableres forbindelse mellem telefonabonnenter og mobile/ transportable radiotelefoner.

Hver basisstation 111,121 og 131 i fig.l omfatter flere sendere og modtagere, således at basisstationen kan operere på mindst en duplekssignalkanal og et antal duplekstalekanaler.

25 Basisstationeme 111,121 og 131 kan være af den type, der er beskrevet i Motorola instruction manual nummer 68P8I060E30, udgivet af Motorola Service Publications, Schaumburg, Illinois, USA i 1982. Basisstationeme 111,121,131 er placeret i det væsentlige midt i hver af de tilsvarende celler lo,2o og 3o.

30 Hver basisstations sendere kan være tilsluttet samme rundstrålende antenne, medens basisstationens modtagere kan være tilsluttet to eller flere retningsbestemteeeller rundstrålende antenner. I fig.l har basisstationerne 111,121 og 131 hver seks vinkelområder på 6o° med indbyrdes overlapning dækkende antenner 35 som hver dækker en del, såsom delen 21 af en celle 2o. Da signalkanalen kræver et rundstrålende modtagemønster kan signalerne, der modtages af de seks sektorantenner, kombineres i et kredsløb der udvælger det kraftigste signal således som beskrevet i

- 3 - DK 163700 B

US-A-4,369,520 og CA-A-1141437. Sektoranténnerne og det tilhørende modtageudstyr kan være af den type, der kendes fra US patenterne 4.101.836 og 4.317.229.

Til bestemmelse af.om en mobil eller transportabel radio- 5 telefon forlader en celle, eksempelvis cellen 2o, og træder ind i en anden, eksempelvis cellen lo eller cellen 3o, skal signalstyrken fra den mobile eller transportable radiotelefon overvåges af basiskontrollen (122). Kår signalstyrken bliver for lille kan den pågældende radiotelefon overdrages til basis-10 kontrollen (112 eller 132) i en anden. Overdragelsen medfører overførsel af en bestemt mobil eller transportabel radiotelefon fra en dupiekstalekanal i en celle til en duplekstalekanal i en anden celle. Ved udnyttelse af den foreliggende opfindelse kan styrken af et højfrekvent signal måles hurtigt og nøjagtigt 15 for hver i driftværende mobile eller transportable radiotelefon, således at en given radiotelefon kan overdrages inden kommunikation med den pågældende radiotelefon er forringet eller afbrudt på grund af for dårlige signalbetingelser.

Da de signalfrekvenser, der benyttes i et celledelt system, 20 som det i fig.l viste, typisk ligger over 8oo MHz, er signalerne udsat for tilfældig, kraftig og hurtig fading, sædvanligvis omtalt som Rayleigh fading. Problemet med at bestemme signalstyrken fra mobile og transportable radiotelefoner er således ikke alene kompliceret fordi der er et stort antal radiotelefo-25 ner, der skal overvåges, men også fordi højfrekvenssignaleme fra disse radiotelefoner er udsat for Rayleigh fading. Basiskontrollerne 112,122 og 132 skal således være i stand til hurtigt og nøjagtigt at bestemme signalstyrken fra et stort antal radiotelefoner for at hindre, at kommunikationen med disse bliver 30 uacceptabelt forringet eller afbrudt. Ved anvendelse af den foreliggende opfindelse kan en rimeligt nøjagtig bestemmelse af signalstyrken fra mobile og transportable radiotelefoner ske ved at man aftaster signalstyrken for hver enkelt radiotelefon mindst to gange i en forudbestemt tidsperiode og vælger den af 35 de to aftastede værdier, som er størst, som anskueliggjort i fig.3 er spidsværdien for signalstyrken fra hver mobile og transportable radiotelefon et rimeligt nøjagtigt mål for signalstyrken

- 4 - DK 163700 B

da spidsværdien ligger forholdsvis tæt ved den faktiske middelværdi i signalstyrken. Spidsværdien ligger endvidere nærmere den faktiske middelværdi end en beregnet middelværdi på basis af et antal aftastninger af signalstyrken, hvis disse aftast-5 ninger omfatter en aftastning i en nulværdi. Ved den foreliggende opfindelse kan man altså forbinde en aftastende modtager til sektorantenneme for hver basisstation 111,121 og 131 for periodisk måling af spidsværdien af signalstyrken for hver i drift værende mobile eller transportable radiotelefon i hver 10 celle lo,2o henholdsvis 3o.

Fig.2 viser en sådan skanderende eller af tastende modtager, som kan være en del af basisstationemes 111,121 henholdsvis 131 radioudstyr. Den i fig.2 viste aftastende modtager omfatter en antennevælger lo2, som er forbundet til hver af stationens 15 seks sektorantenner. Binære indgangssignaler, der påtrykkes antennevælgeren lo2 fra et perifert interfacetilpasningskredsløb (PIA) I08 lader antennevælgeren lo2 forbinde en af de seks sektorantenner til modtageren lo2. Sektorantenneme og antennevælgeren lo2 kan være konventionelt udstyr som beskrevet eksem-20 pelvis i de tidligere nævnte US-patenter 4.I0I.836 og 4.317.229.

Modtageren lo4 kan være en konventionel syntesemodtager (jvf.eksempelvis den tidligere omtalte Motorola instruction manual nummer 68P8lo6oE3o), hvis modtagefrekvenser kan bestemmes af et Il-bit datasignal, som påtrykkes modtageren lo4 fra-25 kredsløbet (ΡΙΑ)Ιοδ. Dette 11-bit datasignal indføres i et ikke vist register i modtageren I04 ved hjælp af et strobesignal fra kredsløbet (PIA)lo8. Et udgangssignal fra modtageren lo4, som er proportionalt med den øjeblikkelige styrke af det signal, som modtages, ledes til en analog-digitalomsætter (ADC) Ιοβ, som 30, omsætter størrelsen af modtagerens udgangssignal til et 8-bit > datasignal. Omsætteren I06 styres af et kredsløb (PIA) llo, som afgiver et startsignal til omsætteren for at igangsætte den ana-loge/digitale omsætningsproces. Omsætteren lo6 er også forbundet til en 600 KHz oscillator 112 og udfører en omsætning på omkring 35 12o^is. Når omsætningen er fuldendt ledes et afslutningssignal til kredsløbet (PIA) llo fra omsætteren I06. Omsætteren I06 kan være enhver egnet sædvanlig analog-digital omsætter, såsom eksempelvis ADCo8o3 fremstillet af National Semiconductor Corp.

-5- DK 163700 B

Driften af den aftastende modtager i fig.2 styres af en mikroprocessor 114, eksempelvis Motorola type MC 6δοο, Med forudbestemte tidsintervaller udfører mikroprocessoren 114 den i fig.4 anskueliggjorte i*utine for måling af signalstyrken 5 for alle i drift værende radiotelefoner i den pågældende celle.

Hver gang den viste rutine er gennemløbet har mikroprocessoren 114 målt og lagret signalstyrken for hver af disse radiotelefoner og har bestemt hvilken af de seks sektorantenner der for en given radiotelefon modtager denne kraftigst.

10 Mikroprocessoren 114 er forbundet til de to kredsløb (PIA) lo8 og llo, samt til et ROM-lager 116, et RAM-lager 118 og et datainterface 12o via en databus 124, en adressebus 126 og en styrebus 128. ROM-lageret 116 indeholder et styreprogram om-· fattende underrutiner til måling af signalstyrken for aktive 15 radiotelefoner, såsom den i tillægget angivne underrutine.

RAM-lageret 118 er et mellemlager, der benyttes under udførelsen af styreprogram og underrutiner. Datainterfacet 12o giver en konventionel dataforbindelse mellem modtageren og andre behandlingskredsløb i basiskontrollen (112,122 og 132 i fig.l).

20 Kredsløbene 114,lo8,llo,116,118 og 12o kan alle være konventionelle integrerede kredsløb som beskrevet i "Motorola Microprocessor Data Manual" udgivet af MOS Integrated Circuits Group, Microprocessor Division, Motorola,Inc., Austin, Texas,USA i 1981. Mikroprocessoren 114 kan eksempelvis være Motorola type 25 MC 68oo, kredsløbene I08 og llo Motorola type MC 6821, ROM-lageret 116 Motorola type MCM68A316 2kX8 ROM, RAM-lageret to Motorola type MCM2114 lkX4 RAM og datainterfacet 12o Motorola type MC 685o eller MC 6852.

Pig.4 viser et rutediagram for mikroprocessorens 114 30 styreprogram. Dette program kan udføres periodisk for alle de sendefrekvenser, der benyttes af de aktive radiotelefoner. Ved overgang fra startblokken 4o2 til blokken 4o4 indlæses en af de aktive frekvenser i modtageren lo4 (fig.2). Derefter indføres i blokken 406 den aftastningsunderrutine, der er angivet 35 i tillægget. Denne underrutine aftaster hver sektorantenne et antal gange, der er bestemt af en variabel tæller og lagrer den største af de aftastede værdier for hver sektorantenne sekventielt begyndende ved adressen IDAT. Aftastningen gentages

-6- DK 163700 B

25 gange for at opnå tidsvariation mellem signalstyrkemålinger for hver sektorantenne. Derefter, i blokken 408, identificeres den af de seks mektorantenner, som har modtaget størst signalstyrke ved at de seks værdier, der er lagret på adresserne IDAT, 5 IDAT+1, IDAT+5 sartmenlignes. Den udvalgte sektorantenne og den til hørende signalstyrkeværdi kan. lagres på en-position, son er tilordnet den mobile eller transportable radiotelefon arbejdende på den pågældende frekvens. Derefter, i en blok 41o, afgøres om alle driftsfrekvenser er aftastet. Hvis dette er tilfældet går 10 programmet til returblokken 412. Er ikke alle frekvenser afta-stet går programmet tilbage til blokken 404 for aftastning af den næste frekvens.

15 20 25 30 35

-7- DK 163700 B

Tillæg

Nedenstående tabel I viser et passende program for den aftastningsunderrutine, som udtrykkes ved blokken 4o6 i fig.4.

5 Programmet er kodet med mnemotekniske instruktioner for Motorola type MC 68oo mikroprocessor, hvilke instruktioner kan omsættes til maskinsprog af en passende oversætter. De mnemo-tekniske instruktioner og driften af den nævnte MC 68oo mikroprocessor er beskrevet nærmere i en publikation "Programming 10 the 68oo Microprocessor" af R.W.Southern, udgivet i 1977 og tilgængelig hos Motorola Semiconductor Products Inc.,literature Distribution Center, P.O.Box 2o924,Phoenix,Arizona 85o36,USA.

Tabel I - aftastningsunderrutine.

15 -- * THIS SUBROUTINE TAKES SIGNAL STRENGTH MEASURE-

15 * MENTS FROM SIX SECTOR ANTENNAS AND STORES THE

* LARGEST VALUE FOR EACH SECTOR. TWENTY FIVE

. * SCANS THROUGH THE SIX SECTORS ARE TAKEN

20 * 0100 ORG $100

D000 PIA1 EQU $D000 SIGNAL STRENGTH

20 MEASUREMENT

E002 PIA2 EQU $E002 SECTOR SELECTION

25 0100 ID AT RMB 6 ' TABLE OF SIGNAL

STRENGTH MAXIMA

0106 COUNT RMB 2 NO. OF SAMPLES

25 PER SECTOR

0108 TABAD RMB 2 DATA ADDRESS IN

TABLE

010A SECTOR RMB 1 SECTOR SELECTED

30 010B 00 50 DEND FDB $50 WAIT INTERVAL

30 010D CNT RMB 1 SCAN NUMBER

35

DK 163700B

V.™.

"" - 8 - / ' *

* SELECT SECTOR AND KEEP TRACK OF THE NUMBER

* OF SCANS THROUGH SIX SECTORS

* 5 1000 ORG $1000

1000 CE 01 00 SCAN LDX #IDAT BEGINNING

5 ADDRESS

OF DATA

1003 FF 01 08 STX TABAD

1006 6F 00 CLR X CLEAR TABLE

OF MAXIMA

10 10 1008 6F 01 CLR 1 ,X

100A 6F 02 CLR 2,X

100C 6F 03 CLR 3,X

100E 6F 04 CLR 4,X

1010 6F 05 · CLR 5,X

15 1012 7F 01 0D CLR CNT

1015 C6 01 LDA B #1 GENERATE FIRST

15 SECTOR NUMBER

1017 20 1B BRA N2

1019 F6 01 0A M1 LDA B SECTOR CALCULATE NEXT

20 SECTOR ADDRESS

101C 5C INC B

101D C1 06 M2 CMP B #6 HAVE ALL SIX

SECTORS BEEN SCANNED

• 20 25 10IF 23 13 BLS N2

1021 CE 01 00 LDX #IDAT REINITIALIZE

POINTER TO TABLE

1024 FF 01 08 . STX TABAD

1027 7C 01 0D INC CNT HAVE 25 SCANS

3 0 THROUGH THE

6 SECTORS BEEN

25 COMPLETED?

102A B6 01 0D LDA A CNT

102D 81 19 CMP A #25 NO

3 5 102F 2D 01 BLT M6'

1031 39 RTS YES

1032 C6 01 M6 LDA B #1

1034 F7 01 0A N2 STA B SECTOR

30 1037 F7 EG 02 STA B PIA2 SELECT SECTOR

40 103A CE 00 00 LDX #0

103D 08‘ WT INX WAIT FOR COMPLE

TION OF SECTOR SWITCHING

103E BC 01 03 CPX DEND

35 - 9 -

DK 163700 B

1041 26 FA BNE WT

*

* TAKE SIGNAL STRENGTH SAMPLES ON SELECTED

* SECTOR AND RETAIN LARGEST VALUE

* 5

1043 FE 01 08 LDX TABAD GET MAXIMUM FROM

5 PREVIOUS SCAN

1046 E6 00 LDA B X

1048 FE 01 06 LDX COUNT

104B B6 DO 00 LDA A PIA1 CLEAR INPUT FLAG

10 104E B6 DO 01 LOOP LDA A PIA1+1 WAIT FOR A/D

10 CONVERSION

COMPLETE

1051 2A FB BPL LOOP

1053 B6 DO 00 ' LDA A PIA1 READ SAMPLE

VALUE

15 1056 11 CBA IS NEW SAMPLE

15 LARGEST?

1057 23 0.1 BLS N3 NO

1059 16 TAB YES

105A 09 N3 DEX HAVE ALL SAMPLES

20 BEEN TAKEN?

105B 26 F1 BNE LOOP

105D FE 01 08 LDX TABAD STORE LARGEST

• 20 SIGNAL STRENGTH

SAMPLE VALUE IN

. 25 THE TABLE

1060 E7 00 STA B X

1062 08 INX

1063 FF 01 08 STX TABAD

1066 7E 10 19 JMP M1 25 30 1069 END 1 35

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til bestemmelse for hver radiokanal hvilken af flere antenner, der modtager det kraftigste 5 radiofrekvente signal, der påvirkes af Raleigh fading ud sendes fra et antal fjerne stationer, hver med en ukendt placering i et geografisk område (10,20,30) og udsendende på forskellige radiokanaler, hvorved hver af de nævnte antenner modtager radiofrekvente signaler fra det geografiske 10 område (10,20,30) og kan forbindes til en modtager (111,121,131), der afgiver et udgangssignal, ved hvilken fremgangsmåde man: (a) afstemmer modtageren (104) til hver af radiokanalerne efter hinanden, og (b) for hver radiokanal (i) forbinder (404) modtageren til hver antenne i en 15 forudbestemt rækkefølge og (ii) aftaster (406) modtagerens udgangssignal kendetegnet ved, at man aftaster modtagerens udgangssignal N gange medens den i en forudbestemt periode er forbundet til hver antenne, hvor N er et helt tal større end 1, og (iii) efter aftastning af alle 20 antenner udvælger (408) den antenne fra hvilken mindst en af de N aftastninger har større værdi end enhver af N af-tastninger for alle andre antenner.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved 25 at trin (b) gentages (404,406,408) efter en forudbestemt tid.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at trin (b) gentages (404,406,408) i på hinanden følgende 30 forudbestemte tidsintervaller.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at aftastningen (ii) omfatter omsætning (406) af hver aftastning af modtagerens udgangssignal til en digitaliseret 35 aftastning. - 11 - DK 163700 B

5. Fremgangsmåde ifølge krav lkendetegnet ved, at udvælgelsen (iii) omfatter udvælgelse (408) af den største aftastning for hver antenne, og udvælgelse (408) med henblik på kommunikation på radiokanalen af den 5 antenne·, hvis største af tastning er større end de største aftastninger fra alle andre antenner.

6. Apparat (112,122,132) til bestemmelse af hver radiokanal hvilken, af flere antenner der modtager det kraftigste 10 radiofrekvente signal, der påvirkes af Rayleigh fading og udsendes fra et antal fjerne stationer, hver med en ukendt placering i et geografisk område (10,20,30) og udsendende på forskellige radiokanaler, hvorved hver af de nævnte antenner modtager radiofrekvente signaler fra det geogra-^5 fiske område (10,20,30) og kan forbindes til en modtager (111,121,131), der afgiver et udgangssignal, hvilket apparat omfatter organer (108) til afstemning af modtageren (104) til hver af radiokanalerne efter hinanden, organer (102,108) til at forbinde for hver radiokanal modtageren 20 til hver antenne i en forudbestemt rækkefølge, og organer (106,110) til for hver radiokanal at aftaste modtagerens udgangssignal, kendetegnet ved, at aftastningsorganerne (106,110) er indrettet til at aftaste modtagerens udgangssignal N gange medens den i en forudbestemt periode 25 er forbundet til hver antenne, hvor N er et helt tal større end 1, og organer (114) til for hver radiokanal at udvælge den antenne for hvilken mindst en af de N aftastninger har større værdi end enhver af de N aftastninger for alle andre antenner. 30

7. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved at aftastningsorganerne (106,110) er indrettet til at frembringe et andet sæt af N aftastninger af modtagerens udgangssignal for hver antenne efter en forudbestemt tid. 35

8. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved at aftastningsorganerne (106,110) er indrettet til at frembringe DK 163700 B - 12 - yderligere sæt af N aftastninger af modtagerens udgangssignal for hver antenne i på hinanden følgende tidsintervaller. 5

9. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved at aftastningsorganerne (106,110) omfatter organer til at omsætte enhver aftastning af modtagerens udgangssignal til en digitaliseret aftastning.

10 10. Apparat ifølge krav 6, kendetegnet ved, at de udvælgende organer (114) omfatter organer til at vælge den største aftastning for hver antenne. 15 20 25 1 35